KR102431063B1 - Aluminum nitride-based powder and its manufacturing method - Google Patents
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Abstract
(과제) 제거할 수 없는 미세한 가루가 적고, 고분자재료에 대한 충전성이 우수함과 아울러 열전도성도 우수한 질화알루미늄계 분말을 제공하는 것에 있다.
(해결수단) 질화알루미늄계 입자로 이루어지는 분말로서, (1) 평균입경 D50이 15∼200μm이며, (2) 입경 5μm 이하의 입자의 함유량이 개수 기준으로 60% 이하이며, (3) 알칼리토류 금속원소 및 희토류 원소의 함유량이 0.1중량％ 이하이며, (4) 산소 함유량이 0.5중량％ 이하이며, (5) 규소 함유량이 1000중량ppm 이하이고, 철 함유량이 1000중량ppm 이하인 것을 특징으로 하는 질화알루미늄계 분말에 관한 것이다.(Problem) It is an object to provide an aluminum nitride-based powder having a small amount of irremovable fine powder, excellent in filling properties with respect to a polymer material, and excellent in thermal conductivity.
(Solution Means) A powder comprising aluminum nitride-based particles, (1) having an average particle diameter of 15 to 200 μm, (2) content of particles having a particle diameter of 5 μm or less, 60% or less, based on the number, and (3) alkaline earth metal Aluminum nitride characterized in that the content of elements and rare earth elements is 0.1 wt% or less, (4) the oxygen content is 0.5 wt% or less, (5) the silicon content is 1000 wtppm or less, and the iron content is 1000 wtppm or less It relates to powder.
Description
본 발명은, 질화알루미늄계 분말(窒化aluminium系 粉末) 및 그 제조방법에 관한 것이다. 특히 수지 등의 고분자재료(高分子材料)를 베이스로 한, 방열성의 시트, 그리스, 접착제, 도료 등에 사용되는 필러용 분말(filler用 粉末)로서 적절한 고방열성·고열전도성(高放熱性·高熱傳導性)의 질화알루미늄계 입자군(窒化aluminium系 粒子群) 및 그 제조방법에 관한 것이다.The present invention relates to an aluminum nitride-based powder and a method for producing the same. In particular, high heat dissipation and high thermal conductivity suitable as a filler powder used for heat dissipating sheets, grease, adhesives, paints, etc., based on a polymer material such as resin. It relates to a group of aluminum nitride-based particles (窒化aluminium系粒子群) and a manufacturing method thereof.
노트북 컴퓨터, 태블릿 등의 전자제품의 소형화·박형화 혹은 고기능화에 따라, 그 컴퓨터에서 사용되고 있는 IPU, 집적회로 등에 대한 고집적화(高集積化)의 요청도 점점 높아지고 있다. 이러한 고집적화가 진행되면 그만큼 작동 시의 발열량은 증대하기 때문에, 그 방열을 효율적으로 실행하는 것이 필요하게 된다. 일반적으로 이들 전자부품에서는, 수지 등의 고분자재료를 방열부재로 하여 사용되고 있지만, 그 자체의 열전도율은 극히 낮으므로, 고열전도성의 필러(filler)와 복합화할 필요가 있다.As electronic products such as notebook computers and tablets become smaller, thinner, or higher in functionality, the demand for high integration of IPUs and integrated circuits used in the computers is also increasing. As such high integration progresses, the amount of heat generated during operation increases accordingly, so it is necessary to efficiently dissipate the heat. In general, in these electronic parts, a polymer material such as resin is used as a heat dissipation member, but since its thermal conductivity is extremely low, it is necessary to combine it with a high thermal conductivity filler.
고열전도성의 필러로서 다양한 재료가 제안되어 있지만, 특히 질화알루미늄은 금속에 가까운 고열전도율을 갖고 있기 때문에, 그 소결체가 반도체의 기판용으로서 실용화되고 있는 것 이외에도, 분말형태로 방열용 필러로서도 사용되고 있다.Although various materials have been proposed as fillers with high thermal conductivity, in particular, since aluminum nitride has a high thermal conductivity close to that of metals, its sintered body is not only being put to practical use as a substrate for semiconductors, it is also used as a filler for heat dissipation in powder form.
일반적으로 필러로서 사용되고 있는 질화알루미늄은, 평균입경이 1∼100μm 정도의 질화알루미늄 분말로서, 원하는 열전도율을 얻기 위하여 수지 중에 충전율 60부피％ 이상(특히 70부피％ 이상)으로 배합하는 것이 바람직하다고 되어 있다. 또한 충전율을 더 높이기 위하여 서로 다른 입경분포의 필러를 조합시키는 것도 이루어지고 있다. 이 경우에, 일반적으로 10μm 이상의 큰 평균입경을 가지는 질화알루미늄 분말은 수지에 대한 충전성이 우수하므로, 미세한 질화알루미늄 분말과 함께 필러로서 중요한 역할을 한다.Aluminum nitride, which is generally used as a filler, is an aluminum nitride powder having an average particle diameter of about 1 to 100 μm, and in order to obtain a desired thermal conductivity, it is preferable to blend in the resin at a filling rate of 60 vol% or more (particularly 70 vol% or more). . In addition, in order to further increase the filling rate, it is also made to combine fillers of different particle size distributions. In this case, in general, aluminum nitride powder having a large average particle diameter of 10 μm or more has excellent filling properties with respect to resin, and thus plays an important role as a filler together with fine aluminum nitride powder.
이 때문에, 이러한 비교적 큰 입경을 가지는 질화알루미늄 분말에 대해서는 지금까지 여러가지 제조방법이 제안되어 있다.For this reason, various manufacturing methods have been proposed so far for aluminum nitride powder having such a relatively large particle size.
예를 들면 금속알루미늄 분말 30∼80중량부와 질화알루미늄 분말 70∼20중량부의 합계 100중량부로 이루어지는 혼합분말을 프레스 조립한 혼합 조립체를 질소를 포함하는 비산화성 분위기 중에서 800∼1200℃로 소성한 후에, 해쇄(解碎) 및 분급(分級)하는 것을 특징으로 하는 큰 입경의 질화알루미늄 분말의 제조방법이 있다(특허문헌1).For example, after firing at 800 to 1200° C. in a non-oxidizing atmosphere containing nitrogen, a mixed granule obtained by press-granulating a mixed powder comprising a total of 100 parts by weight of a total of 100 parts by weight of 30 to 80 parts by weight of aluminum metal powder and 70 to 20 parts by weight of aluminum nitride powder. There is a method for producing an aluminum nitride powder having a large particle size, characterized in that it is crushed and classified (Patent Document 1).
또한 예를 들면 다공질 알루미나 과립을 1450℃∼1900℃의 온도로 소성하고 질화알루미늄 함유량이 50∼90질량%가 될 때까지 질화시키는 소성공정I과, 상기 소성공정I에 있어서 얻어진 입자를 소성공정I보다 환원성 가스의 농도가 높은 분위기 하에서 1580℃∼1900℃의 온도로 소성하고 질화알루미늄 함유량이 75∼99질량%가 될 때까지 질화시키는 소성공정II를 포함하는 것을 특징으로 하고, 평균입경이 10∼200μm, 입자의 진구도(眞球度, sphericity)가 0.80 이상인 공모양 질화알루미늄계 입자로서, 산질화알루미늄을 포함하는 코어와, 상기 코어의 표면에 형성된 두께 2μm 이상의 질화알루미늄으로 이루어지는 표면층으로 이루어지고, 입자 중의 질화알루미늄 함유율이 75∼99질량％, 상대밀도가 85% 이상인 공모양 질화알루미늄계 입자의 제조방법이 알려져 있다(특허문헌2).Further, for example, sintering step I in which porous alumina granules are fired at a temperature of 1450° C. to 1900° C. and nitriding until the aluminum nitride content becomes 50 to 90 mass%, and the particles obtained in the firing step I are fired in step I Firing step II in which sintering is carried out at a temperature of 1580 ° C. to 1900 ° C. in an atmosphere with a higher reducing gas concentration and nitriding until the aluminum nitride content becomes 75 to 99 mass%, characterized in that the average particle diameter is 10 to A spherical aluminum nitride-based particle having 200 μm and a sphericity of 0.80 or more, comprising a core containing aluminum oxynitride and a surface layer made of aluminum nitride having a thickness of 2 μm or more formed on the surface of the core, , a method for producing spherical aluminum nitride-based particles having an aluminum nitride content of 75 to 99% by mass and a relative density of 85% or more in the particles is known (Patent Document 2).
또한 다공질 알루미나 과립을 1400℃ 이상, 1700℃ 이하의 온도로 환원질화(還元窒化)하여 다공질 질화알루미늄 과립으로 만드는 환원질화공정과, 상기 환원질화공정에 있어서 얻어진 다공질 질화알루미늄 과립을 1580℃ 이상, 1900℃ 이하로 소결하는 소결공정을 포함하는 것을 특징으로 하는 질화알루미늄 과립의 제조방법도 있다(특허문헌3).In addition, the reduction and nitridation process of reducing and nitriding the porous alumina granules at a temperature of 1400° C. or higher and 1700° C. or lower to obtain porous aluminum nitride granules, and the porous aluminum nitride granules obtained in the reduction and nitridation process are 1580° C. or higher, 1900 There is also a method for producing aluminum nitride granules, characterized in that it includes a sintering step of sintering at or below °C (Patent Document 3).
다른 방법으로서, 예를 들면 열가소성 수지, 질화알루미늄 분말 및 소결조제를 함유하는 수지조성물을 압출성형하여 스트랜드모양 그린체(strand狀 green體)로 성형한 후에, 당해 스트랜드모양 그린체를 절단가공하여 그린편(green片)을 얻고, 계속해서 얻어진 그린편을 소성하는 것을 특징으로 하는 질화알루미늄 소결과립의 제조방법이 알려져 있다(특허문헌4).As another method, for example, after extrusion molding a resin composition containing a thermoplastic resin, aluminum nitride powder and a sintering aid to form a strand green body, the strand green body is cut and drawn. There is known a method for producing sintered aluminum nitride grains characterized by obtaining a green piece and then firing the obtained green piece (Patent Document 4).
또한 2∼30기압의 질소분위기 중에서 평균입경 10∼250μm의 금속알루미늄 분말을 연소합성반응에 의하여 질화하는 것을 특징으로 하는 질화알루미늄의 제조방법이 알려져 있다(특허문헌5).In addition, there is known a method for producing aluminum nitride, characterized in that metal aluminum powder having an average particle diameter of 10 to 250 μm is nitrided by a combustion synthesis reaction in a nitrogen atmosphere of 2 to 30 atmospheres (Patent Document 5).
그러나 특허문헌1 또는 특허문헌5와 같은 방법에서는, 분체(粉體)를 얻기 위한 해쇄공정에 있어서 질화알루미늄의 미세한 가루가 부가적으로 생기지만, 그러한 미세한 가루는 다른 입자에 견고하게 부착되어 있기 때문에 분급 등에 의하여 제거하기는 곤란하다. 그리고 이러한 제거할 수 없는 미세한 가루가 혼입된 질화알루미늄 분말은 수지에 다량으로 혼입되는 것이 곤란해져서, 수지에 대한 충전율의 향상을 기대할 수 없게 된다.However, in the method as in
특허문헌2∼3의 방법은, 알루미나 과립(조립물(造粒物))을 환원법에 의하여 질화알루미늄을 제조하는 방법이지만, 알루미나 과립을 완전하게 질화알루미늄으로 전화(轉化)하는 것은 용이하지 않고, 실제적으로는 질화알루미늄 입자 중에 알루미나가 다소 잔존한 상태가 된다. 특히 큰 입경을 가지는 질화알루미늄 분말을 제조하려는 경우에 상기 문제는 더 현저해질 우려가 있다. 알루미나가 잔존한다는 것은 산소 함유량이 비교적 높은 질화알루미늄 분말로 되어 버린다는 것이다. 게다가 이들 방법에서는, 산화처리가 실시되고 있어 이것도 질화알루미늄 분말 중의 산소 함유량을 증대시키는 하나의 원인이 될 우려가 있다. 질화알루미늄의 산소 함유량이 높게 된다(즉 열전도성이 낮은 알루미나가 잔존한다)면, 그만큼 열전도율이 저하될 우려가 있고, 필러로서의 기능도 저하되어 버리게 된다.Although the method of Patent Documents 2-3 is a method of producing aluminum nitride by reducing alumina granules (granulated products), it is not easy to completely convert the alumina granules to aluminum nitride, Actually, it is in a state in which alumina remains somewhat in the aluminum nitride particles. In particular, when an aluminum nitride powder having a large particle size is to be manufactured, the above problem may become more pronounced. The fact that alumina remains is that it becomes an aluminum nitride powder having a relatively high oxygen content. Moreover, in these methods, oxidation treatment is performed, and this may also become a cause of increasing the oxygen content in the aluminum nitride powder. When the oxygen content of aluminum nitride becomes high (that is, alumina with low thermal conductivity remains), there exists a possibility that thermal conductivity may fall that much, and the function as a filler will also fall.
또한 특허문헌2∼3의 방법에 있어서, 알루미나 과립 중에 바인더 수지, 소결조제 등의 첨가물이 배합되면, 이들의 첨가물 중의 성분(탄소, 희토류 원소 등)이 질화알루미늄 분말 중에 잔존하게 되기 때문에, 질화알루미늄의 본래의 특성이 충분하게 얻어지지 않게 될 우려가 있다.Further, in the methods of Patent Documents 2 to 3, when additives such as binder resin and sintering aid are blended in the alumina granules, components (carbon, rare earth elements, etc.) in these additives remain in the aluminum nitride powder, so aluminum nitride There is a possibility that the original characteristics of the , cannot be sufficiently obtained.
특허문헌4와 같은 방법에서는, 비교적 용이하게 큰 입경을 가지는 질화알루미늄의 과립을 만들 수 있지만, 산화이트륨 등의 소결조제 자체가 열전도성을 떨어뜨리는 원인이 될 수 있다. 또한 원료로서 사용하는 질화알루미늄 중에도 불순물이 포함되어 있으면, 그것도 열전도성의 향상을 방해하는 원인이 된다.In a method such as Patent Document 4, granules of aluminum nitride having a large particle size can be produced relatively easily, but a sintering aid such as yttrium oxide itself may cause deterioration of thermal conductivity. In addition, if impurities are contained in the aluminum nitride used as a raw material, it also becomes a cause of hindering the improvement of thermal conductivity.
따라서 본 발명의 주된 목적은, 제거할 수 없는 미세한 가루가 적고, 고분자재료에 대한 충전성이 우수함과 아울러 열전도성도 우수한 질화알루미늄계 분말을 제공하는 것에 있다.Accordingly, the main object of the present invention is to provide an aluminum nitride-based powder having few irremovable fine powders, excellent filling properties with respect to polymer materials, and excellent thermal conductivity.
본 발명자는, 종래기술의 문제점을 감안하여 예의 연구를 거듭한 결과, 특정한 제조법에 의하여 얻어진 질화알루미늄계 분말이 특이한 구성·특성을 갖는 것을 찾아내어, 본 발명을 완성하기에 이르렀다.MEANS TO SOLVE THE PROBLEM As a result of repeating earnest research in view of the problem of the prior art, this inventor found that the aluminum nitride-type powder obtained by a specific manufacturing method has a specific structure and characteristic, and came to complete this invention.
즉 본 발명은, 하기의 질화알루미늄계 분말 및 그 제조방법에 관한 것이다.That is, the present invention relates to the following aluminum nitride-based powder and a method for producing the same.
1. 질화알루미늄계 입자로 이루어지는 분말로서,1. A powder consisting of aluminum nitride-based particles,
(1) 평균입경 D50이 15∼200μm이며,(1) The average particle diameter D50 is 15 to 200 μm,
(2) 입경 5μm 이하의 입자의 함유량이 개수 기준으로 60% 이하이며,(2) The content of particles with a particle diameter of 5 μm or less is 60% or less based on the number,
(3) 알칼리토류 금속원소 및 희토류 원소의 함유량이 0.1중량％ 이하이며,(3) the content of alkaline earth metal elements and rare earth elements is 0.1% by weight or less;
(4) 산소 함유량이 0.5중량％ 이하이며,(4) the oxygen content is 0.5% by weight or less,
(5) 규소 함유량이 1000중량ppm 이하이고, 철 함유량이 1000중량ppm 이하인 것을 특징으로 하는 질화알루미늄계 분말.(5) The aluminum nitride powder characterized in that the silicon content is 1000 wt ppm or less and the iron content is 1000 wt ppm or less.
2. 입경 5μm를 넘는 입자에 입경 5μm 이하의 미세입자가 고착된 응집입자를 포함하는 상기 항1에 기재되어 있는 질화알루미늄계 분말.2. The aluminum nitride-based powder according to
3. 입경 5μm를 넘는 입자에 입경 1μm 이하의 미세입자가 고착된 응집입자를 포함하고, 입경 5μm를 넘는 입자의 편면에 고착되는 미세입자의 평균개수가 50개 이하인 상기 항1에 기재되어 있는 질화알루미늄계 분말.3. The nitridation described in
4. 탄소 함유량이 0.1중량％ 이하인 상기 항1에 기재되어 있는 질화알루미늄계 분말.4. The aluminum nitride-based powder according to
5. BET 비표면적이 0.08∼0.5m2/g인 상기 항1에 기재되어 있는 질화알루미늄계 분말.5. The aluminum nitride-based powder according to
6. 질화알루미늄계 분말을 제조하는 방법으로서, a) 알칼리토류 금속원소 및 희토류 원소의 함유량이 0.1중량％ 이하이며, b) 산소 함유량이 0.5중량％ 이하이며, c) 규소 함유량이 1000중량ppm 이하이고, 철 함유량이 1000중량ppm 이하인 질화알루미늄 분말원료를 비산화성 분위기 하에서 1600∼2000℃로 열처리하는 공정을 포함하는 것을 특징으로 하는 질화알루미늄계 분말의 제조방법.6. A method for producing an aluminum nitride-based powder, wherein a) the content of the alkaline earth metal element and the rare earth element is 0.1 wt% or less, b) the oxygen content is 0.5 wt% or less, and c) the silicon content is 1000 wtppm or less and heat-treating an aluminum nitride powder raw material having an iron content of 1000 wt ppm or less at 1600 to 2000° C. in a non-oxidizing atmosphere.
7. 질화알루미늄 분말원료가 분쇄품인 상기 항6에 기재되어 있는 제조방법.7. The manufacturing method according to item 6 above, wherein the aluminum nitride powder raw material is a pulverized product.
8. 상기 공정에 앞서, 당해 질화알루미늄 분말원료를 조제하는 공정으로서, 알루미늄과 질소가스를 반응시켜서 얻어지는 반응물을 분쇄함으로써 질화알루미늄 분말원료를 얻는 공정을 더 포함하는 상기 항6에 기재되어 있는 제조방법.8. The manufacturing method described in Item 6 above, further comprising a step of preparing the aluminum nitride powder raw material prior to the step, and further comprising a step of obtaining an aluminum nitride powder raw material by pulverizing a reactant obtained by reacting aluminum with nitrogen gas .
9. 상기 항1∼5의 어느 하나에 기재된 질화알루미늄계 분말 및 고분자재료를 포함하는 조성물.9. A composition comprising the aluminum nitride-based powder according to any one of
본 발명에 의하면, 제거할 수 없는 미세한 가루가 적고, 고분자재료에 대한 충전성이 우수함과 아울러 열전도성도 우수한 질화알루미늄계 분말을 제공할 수 있다.ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, there are few fine powders which cannot be removed, and it is excellent in filling property with respect to a polymeric material, and can provide the aluminum nitride-type powder which is excellent also in thermal conductivity.
본 발명의 질화알루미늄계 분말에 의하면, 고분자재료에 대한 충전성을 방해하는 미세한 가루(특히 입경 5μm 이하의 미세입자)가 감소되어 고충전율로 고분자재료에 배합할 수 있는 결과, 높은 열전도성 또는 방열성을 발휘할 수 있는 재료를 제공할 수 있다. 또한 본 발명의 질화알루미늄계 분말은, 소결조제, 유기바인더 등의 첨가제에 의하지 않고 원하는 입자 사이즈로 제어되고 있기 때문에, 그들 첨가제가 포함되는 경우에 비해서 질화알루미늄 본래의 특성을 더 확실하게 얻을 수 있다.According to the aluminum nitride-based powder of the present invention, fine powders (especially fine particles with a particle diameter of 5 μm or less) that interfere with filling properties for polymer materials are reduced, and as a result, they can be blended into polymer materials with a high filling rate. As a result, high thermal conductivity or heat dissipation properties We can provide materials that can demonstrate In addition, since the aluminum nitride-based powder of the present invention is controlled to a desired particle size without using additives such as a sintering aid and an organic binder, the original properties of aluminum nitride can be obtained more reliably than when these additives are included. .
또한 본 발명의 제조방법에 의하면, 미세한 가루를 비교적 다량으로 포함하는 분쇄품을 원료로서 사용하여도, 소정의 열처리에 의하여 미세한 가루를 큰 입자에 받아들여 실질적으로 고착 또는 일체화할 수 있는 결과, 효율적으로 미세한 가루를 감소시킴과 아울러 큰 입경의 입자로 이루어지는 분말을 얻을 수 있다.In addition, according to the manufacturing method of the present invention, even when a pulverized product containing a relatively large amount of fine powder is used as a raw material, the fine powder can be absorbed into large particles by a predetermined heat treatment and can be substantially fixed or integrated, resulting in efficient It is possible to reduce fine powder and obtain a powder composed of particles with a large particle size.
이러한 특징을 가지는 본 발명의 질화알루미늄계 분말은, 예를 들면 고분자재료(합성수지 등)를 베이스로 한 고열전도성의 성형품 외에, 그리스, 접착제, 도료 등에 사용되는 고열전도성 필러(필러용 분말)로서 적합하게 사용할 수 있다. 더 구체적으로는, 발열하는 부품을 탑재하는 기기(예를 들면 IPU, 집적회로, 파워모듈, 디스플레이, LED라이트, 컨버터, 충전기 등)의 하우징, 섀시, 기판, 밀봉재, 전열판, 히트싱크재, 그 밖의 고열전도재료로서, 본 발명의 질화알루미늄계 분말 또는 그것을 포함하는 수지조성물을 사용할 수 있다.The aluminum nitride-based powder of the present invention having these characteristics is suitable as a high thermal conductivity filler (powder for filler) used in grease, adhesive, paint, etc., in addition to molded articles of high thermal conductivity based on, for example, a polymer material (synthetic resin, etc.) can be used More specifically, the housing, chassis, substrate, sealing material, heat transfer plate, heat sink material, and the As the external high heat-conducting material, the aluminum nitride-based powder of the present invention or a resin composition containing the same can be used.
도1은, 실시예1에서 얻어진 질화알루미늄 분말의 입자를 주사형 전자현미경으로 관찰한 결과를 나타내는 도면이다. 도1(a)는 열처리 전의 입자를 나타낸다. 도1(b)는 열처리 후의 입자를 나타낸다.
도2는, 실시예1에서 얻어진 질화알루미늄 분말에 있어서, 기재입자표면에 고착된 미세입자의 개수를 계측하는 모습을 나타내는 도면이다.
도3은, 비교예4에서 얻어진 질화알루미늄 분말에 있어서, 기재입자표면에 고착된 미세입자의 개수를 계측하는 모습을 나타내는 도면이다.BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS It is a figure which shows the result of observing the particle|grains of the aluminum nitride powder obtained in Example 1 with a scanning electron microscope. Fig. 1(a) shows the particles before heat treatment. Fig. 1(b) shows the particles after heat treatment.
FIG. 2 is a view showing a state in which the number of fine particles adhering to the surface of a substrate particle is measured in the aluminum nitride powder obtained in Example 1. FIG.
3 is a view showing a state in which the number of fine particles adhering to the surface of the substrate particle is counted in the aluminum nitride powder obtained in Comparative Example 4;
1. 질화알루미늄계 분말(窒化aluminium系 粉末)1. Aluminum nitride powder
본 발명의 질화알루미늄계 분말(본 발명의 분말)은, 질화알루미늄계 입자(窒化aluminium系 粒子)로 이루어지는 분말(粉末)로서,The aluminum nitride-based powder of the present invention (powder of the present invention) is a powder composed of aluminum nitride-based particles,
(1) 평균입경 D50이 15∼200μm이며,(1) The average particle diameter D50 is 15 to 200 μm,
(2) 입경 5μm 이하의 입자가 개수 기준으로 60% 이하이며,(2) 60% or less of particles with a particle diameter of 5 μm or less,
(3) 알칼리토류 금속원소 및 희토류 원소의 함유량이 0.1중량％ 이하이며,(3) the content of alkaline earth metal elements and rare earth elements is 0.1% by weight or less;
(4) 산소 함유량이 0.5중량％ 이하이며,(4) the oxygen content is 0.5% by weight or less,
(5) 규소 함유량이 1000중량ppm 이하이고, 철 함유량이 1000중량ppm 이하인 것을 특징으로 한다.(5) Silicon content is 1000 weight ppm or less, and iron content is 1000 weight ppm or less, It is characterized by the above-mentioned.
본 발명의 분말의 평균입경 D50은, 15∼200μm이며, 바람직하게는 50∼150μm이다. 평균입경 D50이 15μm 미만인 경우에는, 고분자재료(高分子材料)에 대한 충전성이 낮아질 우려가 있다. 또한 평균입경 D50이 200μm를 넘는 경우에는, 수지 등의 고분자재료와 혼합하였을 경우에 고분자재료와 분리되는 경우가 있다.The average particle diameter D50 of the powder of the present invention is 15 to 200 µm, preferably 50 to 150 µm. When the average particle diameter D50 is less than 15 µm, there is a possibility that the filling properties to the polymer material may be low. In addition, when the average particle diameter D50 exceeds 200 µm, when mixed with a polymer material such as resin, it may be separated from the polymer material.
또한 본 발명의 분말에 있어서 입경 5μm 이하의 입자의 함유량이 개수 기준으로 60% 이하이며, 바람직하게는 55% 이하이다. 상기 함유량이 60%를 넘으면, 고분자재료에 대한 충전성이 저하되고, 나아가서는 높은 열전도성 또는 방열성을 갖는 조성물(組成物)이 얻어지지 않게 된다. 또한 상기 함유량의 하한치는, 가장 바람직하게는 0%이지만, 보통은 0.1% 정도이면 좋다.Further, in the powder of the present invention, the content of particles having a particle diameter of 5 μm or less is 60% or less, preferably 55% or less, based on the number. When the content exceeds 60%, the filling property to the polymer material is lowered, and further, a composition having high thermal conductivity or heat dissipation property cannot be obtained. The lower limit of the content is most preferably 0%, but usually about 0.1% may be sufficient.
입경 5μm 이하(특히 입경 1μm 이하)의 미세입자(微細粒子)는, 상기한 바와 같이 고분자재료에 충전할 때에 장해가 되어, 그 양이 많으면 원하는 수지조성물 등을 조제하기가 어렵다. 이 때문에, 미세입자를 제거하는 것이 바람직하지만, 미세입자는 단독으로 존재하지 않고 비교적 큰 입자에 부착되는 경향이 있다. 그래서 그 미세입자만을 분급 등에 의하여 완전하게 분리하는 것은 곤란하고, 비록 분리한다고 하여도 크나큰 번거로움과 비용이 든다. 이에 대하여, 본 발명의 분말에서는 이러한 미세입자가 대폭적으로 감소되어 있다. 이것은, 예를 들면 본 발명의 제조방법에 의하여 얻어지는 본 발명의 분말과 같이, 미세입자가 다른 입자(특히 입경 5μm를 넘는 입자)에 고착(固着) 또는 일체화(一體化)됨으로써, 분리처리를 하지 않고 미세입자의 함유량의 감소화를 도모할 수 있다. 이 때문에 본 발명의 분말의 특징 중의 하나로서, 적어도 입경 5μm를 넘는 입자에 입경 5μm 이하의 미세입자가 고착된 응집입자(凝集粒子)가 포함되는 것이다. 이 응집입자는, 적어도 고분자재료 중에서도 실질적으로 1개의 입자로서 거동할 수 있는 것이며, 고분자재료에 대한 충전성 등에도 악영향을 미치지 않는다. 여기에서 고착이란, 미세입자가 다른 입자에 달라붙어서 고정되어 있지만, 그 미세입자도 또한 형태가 확인될 수 있는 상태를 말한다.Fine particles with a particle diameter of 5 μm or less (particularly, 1 μm or less) are an obstacle when filling the polymer material as described above, and if the amount is large, it is difficult to prepare a desired resin composition or the like. For this reason, it is desirable to remove the fine particles, but the fine particles do not exist alone and tend to adhere to relatively large particles. Therefore, it is difficult to completely separate only the fine particles by classification or the like, and even if they are separated, great trouble and cost are incurred. In contrast, in the powder of the present invention, such fine particles are significantly reduced. This is, for example, as in the powder of the present invention obtained by the production method of the present invention, fine particles are adhered to or integrated with other particles (particularly particles exceeding 5 μm in diameter), so that separation treatment is not performed. It is possible to achieve a reduction in the content of fine particles. For this reason, as one of the characteristics of the powder of the present invention, agglomerated particles in which fine particles having a particle diameter of 5 μm or less are fixed to particles having a particle diameter of at least 5 μm are included. These aggregated particles can behave substantially as one particle at least among the polymeric materials, and do not adversely affect the filling properties or the like to the polymeric material. Here, the adherence refers to a state in which fine particles are fixed by sticking to other particles, but the shape of the fine particles can also be confirmed.
다만 5μm를 넘는 입자(기재입자(基材粒子)) 1개에 대하여 입경 5μm 이하(바람직하게는 입경 1μm 이하)의 미세입자가 고착되는 개수가 많아지면, 수지 등과의 혼련(混練) 중에 미세입자가 기재입자로부터 탈락(분리)되는 개수가 증가할 우려가 있기 때문에, 기재입자에 고착되어 있는 미세입자의 개수가 적을수록 바람직하다. 특히 기재입자에 입경 1μm 이하의 미세입자가 고착된 응집입자를 포함하여 기재입자에 고착되어 있는 입경 1μm 이하의 미세입자수를 전자현미경 등으로 관찰하였을 때에, 1개의 기재입자 전체를 한 방향에서 보았을 때의 시야 내에 있어서 기재입자에 고착된 미세입자의 평균개수(기재입자 1개당에 존재하는 미세입자의 개수)가 50개 이하인 것이 바람직하고, 특히 10개 이하인 것이 더 바람직하다. 그 하한치는 작을수록 바람직하고, 예를 들면 1개이다. 더 구체적으로는, 평균입자지름 D50에 대하여 ±15%의 크기의 기재입자(입경이 5μm를 넘는 것)를 임의로 30개 선출하여, 각 기재입자표면(1개의 기재입자 전체를 한 방향에서 관찰했을 때의 시야 내)에 존재하는 1μm 이하의 미세입자의 개수를 집계하고, 그 기재입자 30개에 존재하는 미세입자의 평균개수(기재입자 1개당에 존재하는 미세입자의 개수)가 50개 이하인 것이 바람직하고, 특히 1∼10개인 것이 더 바람직하다.However, if the number of fine particles with a particle diameter of 5 μm or less (preferably 1 μm or less) adhered to one particle exceeding 5 μm (substrate particles) increases, the fine particles during kneading with resin, etc. Since there exists a possibility that the number of fall-off (separation) from a temporary substrate particle may increase, it is so preferable that there are few number of the fine particles adhering to a substrate particle. In particular, when the number of fine particles with a particle diameter of 1 μm or less fixed to the substrate particle, including aggregated particles in which fine particles with a particle diameter of 1 μm or less are fixed to the substrate particle, was observed with an electron microscope, one entire substrate particle was viewed from one direction. It is preferable that the average number of fine particles (the number of fine particles present per one substrate particle) is 50 or less, and more preferably 10 or less in the field of view at the time. It is so preferable that the lower limit is small, for example, it is one. More specifically, 30 substrate particles (those having a particle size exceeding 5 μm) of a size of ±15% were selected arbitrarily with respect to the average particle diameter D50, and the surface of each substrate particle (one substrate particle was observed in one direction) When counting the number of fine particles of 1 μm or less present in the field of view), the average number of fine particles present in 30 substrate particles (the number of fine particles present per substrate particle) is 50 or less It is preferable, and it is more preferable that it is especially 1-10.
본 발명의 분말에 있어서의 알칼리토류 금속원소 및 희토류 원소의 함유량이 0.1중량％ 이하이며, 바람직하게는 0∼0.05중량％이다. 상기 함유량이 0.1중량％를 넘으면, 질화알루미늄 본래의 특징(특히 열전도성)이 충분히 얻어지지 못하게 되는 경우가 있다. 또한 상기 함유량은, 알칼리토류 금속원소 및 희토류 원소의 합계 함유량이다.The content of the alkaline earth metal element and the rare earth element in the powder of the present invention is 0.1 wt% or less, preferably 0 to 0.05 wt%. When the said content exceeds 0.1 weight%, the characteristic characteristic (particularly thermal conductivity) of aluminum nitride may not fully be acquired. In addition, the said content is the total content of an alkaline-earth metal element and a rare-earth element.
알칼리토류 금속원소로서는, 예를 들면 칼슘, 스트론튬, 바륨 및 라듐 중의 적어도 1종을 들 수 있다. 또한 희토류 원소로서는, 이트륨, 란탄, 세륨, 프라세오디뮴, 네오디뮴, 프로메튬, 사마륨, 유로퓸, 가돌리늄, 테르븀, 디스프로슘, 홀뮴, 에르븀, 툴륨, 이테르븀 및 루테튬 중의 적어도 1종을 들 수 있다. 따라서 본 발명의 분말은, 예를 들면 산화이트륨 등의 소결조제 또는 그 유래성분(특히 상기 원소)을 포함하지 않는 것도 특징 중의 하나이다.Examples of the alkaline earth metal element include at least one of calcium, strontium, barium and radium. Examples of the rare earth element include at least one of yttrium, lanthanum, cerium, praseodymium, neodymium, promethium, samarium, europium, gadolinium, terbium, dysprosium, holmium, erbium, thulium, ytterbium, and lutetium. Accordingly, one of the features of the powder of the present invention is that it does not contain, for example, a sintering aid such as yttrium oxide or a component derived therefrom (especially the above element).
본 발명의 분말의 산소 함유량은, 보통 0.5중량％ 이하이며, 바람직하게는 0.2중량％ 이하이다. 산소 함유량이 0.5중량％를 넘으면 열전도성이 저하된다. 산소 함유량의 하한치는, 한정적이지 않지만, 보통은 0.01중량％ 정도로 하면 좋다.The oxygen content of the powder of the present invention is usually 0.5% by weight or less, and preferably 0.2% by weight or less. When oxygen content exceeds 0.5 weight%, thermal conductivity will fall. Although the lower limit of oxygen content is not limited, Usually, it is good to just set it as about 0.01 weight%.
본 발명의 분말의 탄소 함유량은, 보통 0.1중량％ 이하이며, 바람직하게는 0.06중량％ 이하이다. 탄소 함유량이 0.1중량％를 넘으면 열전도성이 저하될 우려가 있다. 탄소 함유량의 하한치는, 한정적이지 않지만, 보통 0.005중량％ 정도로 하면 좋다.The carbon content of the powder of the present invention is usually 0.1% by weight or less, and preferably 0.06% by weight or less. When carbon content exceeds 0.1 weight%, there exists a possibility that thermal conductivity may fall. Although the lower limit of carbon content is not limited, Usually, it is good to just set it as about 0.005 weight%.
본 발명의 분말에서는, 규소 함유량이 1000중량ppm 이하이고, 철 함유량이 1000중량ppm 이하이다. 또한 규소 함유량 및 철 함유량의 하한은, 특별하게 한정적이지 않지만, 정제(精製)에 의한 비용의 증대를 피하기 위하여 보통은 모두 100중량ppm 정도로 하면 좋다. 따라서 본 발명의 분말의 원료로서, 소위 직접 질화법에 의하여 얻어지는 질화알루미늄 분말을 적합하게 사용할 수 있다. 더 구체적으로는, 알루미늄과 질소가스를 반응시켜서 얻어지는 반응물을 분쇄함으로써 얻어지는 질화알루미늄 분말을 원료로 할 수 있다.In the powder of this invention, a silicon content is 1000 weight ppm or less, and an iron content is 1000 weight ppm or less. In addition, the lower limit of the silicon content and the iron content is not particularly limited, but in order to avoid an increase in cost due to refining, in general, all may be about 100 ppm by weight. Therefore, as a raw material for the powder of the present invention, an aluminum nitride powder obtained by a so-called direct nitriding method can be suitably used. More specifically, aluminum nitride powder obtained by pulverizing a reactant obtained by reacting aluminum with nitrogen gas can be used as a raw material.
본 발명의 분말의 BET 비표면적(BET 比表面積)이 0.05∼0.50m2/g인 것이 바람직하고, 특히 0.08∼0.49m2/g인 것이 더 바람직하다. 따라서 예를 들면 0.05∼0.1m2/g로 설정할 수도 있다. 이 범위 내로 설정함으로써, 수지 등에 섞어 넣었을 때의 점도상승이 효과적으로 억제되는 결과, 높은 충전율을 얻을 수도 있다.It is preferable that the BET specific surface area (BET 比表面積) of the powder of this invention is 0.05-0.50 m< 2 >/g, and it is more preferable that it is especially 0.08-0.49 m< 2 >/g. Therefore, it can also be set to 0.05-0.1 m< 2 >/g, for example. By setting within this range, as a result of effectively suppressing the increase in viscosity when mixed with resin or the like, a high filling rate can also be obtained.
또한 본 발명에서는, 고분자재료에 대한 충전성을 나타내는 지표로서, 고분자재료에 본 발명의 분말을 첨가했을 때의 혼합물의 점도를 사용할 수 있다.In the present invention, the viscosity of the mixture obtained by adding the powder of the present invention to the polymer material can be used as an index indicating the filling property to the polymer material.
첫째로는, 고분자재료와 본 발명의 분말의 혼합물에 있어서, 일정한 점도에 도달할 때까지 요하는 본 발명의 분말의 배합량이 비교적 많은 점을 들 수 있다. 더 구체적으로는, 후술하는 시험예1(5-1)에 나타내는 바와 같이 실리콘오일에 대하여 본 발명의 분말의 첨가량을 증가시킨 경우에, 그 혼합물의 점도가 45∼50Pa·s(25℃)의 범위 내가 된 시점에서의 본 발명의 분말의 함유율(충전율)을 지표로 한다. 본 발명에서 그 충전율은, 50부피％ 이상인 것이 바람직하고, 특히 55부피％ 이상인 것이 더 바람직하며, 또한 60부피％ 이상인 것이 가장 바람직하다. 종래의 미세입자를 포함하는 질화알루미늄 분말에서는, 그 미세입자가 비교적 많이 존재하기 때문에 비교적 소량의 첨가로 점도가 증가되어 상기 일정의 점도에 도달하여 버린다. 이에 대하여 본 발명의 분말에서는, 상기 일정의 점도에 도달할 때까지 50부피％ 이상을 배합할 수 있다. 즉 이 수치는, 고분자재료에 대하여 높은 충전성을 발휘할 수 있다는 것을 나타내는 것이다.First, in the mixture of the polymer material and the powder of the present invention, the amount of the powder of the present invention required until reaching a certain viscosity is relatively large. More specifically, as shown in Test Example 1 (5-1) to be described later, when the addition amount of the powder of the present invention to the silicone oil is increased, the viscosity of the mixture is 45 to 50 Pa·s (25°C). Let the content rate (filling rate) of the powder of this invention at the time of becoming in the range as an index|index. In the present invention, the filling ratio is preferably 50% by volume or more, more preferably 55% by volume or more, and most preferably 60% by volume or more. In the conventional aluminum nitride powder containing fine particles, since the fine particles are present in relatively large amounts, the viscosity increases with a relatively small amount of addition, and the above-mentioned constant viscosity is reached. On the other hand, in the powder of this invention, 50 volume% or more can be mix|blended until the said fixed viscosity is reached. That is, this numerical value indicates that high filling properties can be exhibited with respect to the polymer material.
둘째로는, 혼합물 중에 있어서의 본 발명의 분말의 충전율을 고정하고, 그에 의하여 얻어진 조성물의 점도를 지표로 하는 것이다. 후술하는 시험예1(5-2)에 나타내는 바와 같이 본 발명에서는, 실리콘오일과의 혼합물 중에 있어서의 본 발명의 분말의 충전율을 50부피％ 및 60부피％로 설정하고, 각각의 점도를 특정하고 있다. 본 발명의 분말에서는, 충전율 50부피％의 점도가 25Pa·s 이하인 것이 바람직하고, 특히 8∼22Pa·s인 것이 더 바람직하다. 마찬가지로 본 발명의 분말에서는, 충전율 60부피％의 점도가 45Pa·s 이하인 것이 바람직하고, 특히 25∼36Pa·s인 것이 더 바람직하다. 이와 같이 본 발명의 분말에서는, 일정한 충전율에서도 비교적 낮은 점도(즉 비교적 높은 유동성)를 유지할 수 있다.Second, the filling rate of the powder of the present invention in the mixture is fixed, and the viscosity of the composition obtained thereby is used as an index. As shown in Test Example 1 (5-2) to be described later, in the present invention, the filling ratio of the powder of the present invention in the mixture with the silicone oil is set to 50% by volume and 60% by volume, and the respective viscosities are specified. have. In the powder of the present invention, the viscosity at a filling rate of 50% by volume is preferably 25 Pa·s or less, and particularly preferably 8 to 22 Pa·s. Similarly, in the powder of the present invention, the viscosity at a filling rate of 60% by volume is preferably 45 Pa·s or less, more preferably 25 to 36 Pa·s. As described above, in the powder of the present invention, a relatively low viscosity (that is, a relatively high fluidity) can be maintained even at a constant filling rate.
2. 질화알루미늄계 분말의 제조방법2. Manufacturing method of aluminum nitride-based powder
본 발명의 분말은, 예를 들면 질화알루미늄계 분말을 제조하는 방법으로서, a) 알칼리토류 금속원소 및 희토류 원소의 함유량이 0.1중량％ 이하이며, b) 산소 함유량이 0.5중량％ 이하이며, c) 규소 함유량이 0∼1000중량ppm이고, 철 함유량이 0∼1000중량ppm인 질화알루미늄 분말원료를 비산화성 분위기 하에서 1600∼2000℃로 열처리하는 공정(열처리공정)을 포함하는 것을 특징으로 하는 질화알루미늄계 분말의 제조방법에 의하여 적합하게 제조할 수 있다.The powder of the present invention is, for example, a method for producing an aluminum nitride-based powder, wherein a) the content of an alkaline earth metal element and a rare earth element is 0.1 wt% or less, b) the oxygen content is 0.5 wt% or less, c) An aluminum nitride system comprising a step (heat treatment step) of heat-treating an aluminum nitride powder raw material having a silicon content of 0 to 1000 wt ppm and an iron content of 0 to 1000 wt ppm in a non-oxidizing atmosphere at 1600 to 2000 ° C. It can be suitably manufactured by the manufacturing method of a powder.
출발재료starting material
본 발명에서는, a) 알칼리토류 금속원소 및 희토류 원소의 함유량이 0.1중량％ 이하이며, b) 산소 함유량이 0.5중량％ 이하이며, c) 규소 함유량이 0∼1000중량ppm이고, 철 함유량이 0∼1000중량ppm인 질화알루미늄 분말원료를 출발재료로서 사용한다.In the present invention, a) the content of the alkaline earth metal element and the rare earth element is 0.1 wt% or less, b) the oxygen content is 0.5 wt% or less, c) the silicon content is 0 to 1000 wtppm, and the iron content is 0 to An aluminum nitride powder raw material of 1000 weight ppm was used as a starting material.
이러한 분말원료 그 자체는 공지 또는 시판되는 것을 사용할 수 있다. 또한 공지의 제조법에 의하여 제조된 질화알루미늄 분말도 사용할 수 있다. 예를 들면 알루미나 분말을 환원함으로써 얻어지는 질화알루미늄 분말(환원법에 의한 질화알루미늄 분말), 알루미늄 분말을 질화함으로써 얻어지는 질화알루미늄 분말(직접 질화법에 의한 질화알루미늄 분말) 등을 모두 사용할 수 있다. 이 중에서도, 비교적 저비용으로 용이하게 질화알루미늄 분말을 제조할 수 있다는 점에서 직접 질화법에 의한 질화알루미늄 분말을 적합하게 사용할 수 있다. 본 발명에서 직접 질화법은, 금속알루미늄 분말을 질소가스 중에서 1000℃ 이상으로 가열하는 방법(협의의 직접 질화법)의 외에, 연소합성법도 포함한다. 즉 금속알루미늄 분말을 연소합성반응에 의하여 질화하는 공정을 포함하는 방법에 의하여 얻어지는 질화알루미늄 분말도, 질화알루미늄 분말원료로서 적합하게 사용할 수 있다.As such a powder raw material itself, a known or commercially available one may be used. In addition, aluminum nitride powder prepared by a known manufacturing method may be used. For example, an aluminum nitride powder obtained by reducing alumina powder (aluminum nitride powder by a reduction method), an aluminum nitride powder obtained by nitriding an aluminum powder (aluminum nitride powder by a direct nitriding method), etc. can be used. Among these, the aluminum nitride powder by the direct nitriding method can be suitably used in that the aluminum nitride powder can be easily manufactured at relatively low cost. In the present invention, the direct nitridation method includes a combustion synthesis method in addition to the method of heating the metal aluminum powder to 1000° C. or higher in nitrogen gas (direct nitridation method in the narrow sense). That is, an aluminum nitride powder obtained by a method including a step of nitriding a metal aluminum powder by a combustion synthesis reaction can also be suitably used as an aluminum nitride powder raw material.
본 발명에서 질화알루미늄 분말원료로서는, 분쇄품(粉碎品)을 적합하게 사용할 수 있다. 즉 합성된 질화알루미늄의 조분말(粗粉末) 또는 괴상물(塊狀物)을 기계적으로 분쇄함으로써 얻어지는 분쇄품도 적합하게 사용할 수 있다. 본 발명의 제조방법에서는, 분쇄품과 함께 미세입자(보통은 입경 5μm 이하, 특히 1μm 이하)가 포함되고, 게다가 그러한 미세입자의 일부 또는 전부를 제거할 수 없는 분말로 구성되어 있는 경우이더라도, 더 큰 입자에 미세입자를 특정의 열처리에 의하여 고착 또는 일체화시킴으로써, 미세입자에 의한 충전성의 저하를 효과적으로 억제할 수 있다.As the aluminum nitride powder raw material in the present invention, a pulverized product can be suitably used. That is, the pulverized product obtained by mechanically pulverizing the synthesized coarse powder or lump of aluminum nitride can also be suitably used. In the production method of the present invention, fine particles (normally 5 μm or less, particularly 1 μm or less) are included together with the pulverized product, and even if it is composed of a powder from which some or all of such fine particles cannot be removed, further By fixing or integrating the fine particles with the large particles by a specific heat treatment, it is possible to effectively suppress a decrease in the filling properties caused by the fine particles.
따라서 본 발명은, 분쇄품인, 직접 질화법에 의하여 얻어지는 질화알루미늄 분말을 출발재료로서 적합하게 사용할 수 있다. 즉 본 발명에서는, 열처리공정에 앞서, 직접 질화법에 의하여 출발재료를 조제하는 공정을 포함하는 방법도 포함된다. 더 구체적으로 본 발명은, 열처리공정에 앞서 질화알루미늄 분말원료를 조제하는 공정으로서 알루미늄과 질소가스를 반응시켜서 얻어지는 반응물을 분쇄함으로써 질화알루미늄 분말원료를 얻는 공정을 더 포함하는 방법도 포함된다.Therefore, in the present invention, the aluminum nitride powder obtained by the direct nitridation method, which is a pulverized product, can be suitably used as a starting material. That is, the present invention includes a method including a step of preparing a starting material by a direct nitriding method prior to the heat treatment step. More specifically, the present invention includes a process of preparing an aluminum nitride powder raw material prior to the heat treatment process, further comprising a process of obtaining an aluminum nitride powder raw material by pulverizing a reactant obtained by reacting aluminum with nitrogen gas.
질화알루미늄 분말원료의 평균입경 D50은, 특별하게 한정되지 않지만, 보통은 1∼200μm 정도로 하고, 특히 15∼100μm로 하는 것이 바람직하다. 또한 질화알루미늄 분말원료를 구성하는 입자의 형상도, 한정적이지 않고, 예를 들면 공모양, 편평모양, 부정형상 등의 어떤 것이라도 좋다. 다만 분쇄품을 사용할 수 있으므로, 모난 부정형상을 갖는 입자로 이루어지는 분말도 출발재료로서 적합하게 사용할 수 있다. 본 발명의 제조방법에 의하면, 예를 들면 도1에 나타내는 바와 같이 분쇄품이 특징적인 모난 형상을 가지는 입자(도1(a))도, 그 모서리부가 원만해진 비교적 매끈매끈한 형상으로 변화된다(도1(b)). 즉 본 발명의 분말의 특징 중의 하나로서, 모서리부가 둥근 형상을 갖는 질화알루미늄계 입자로 구성되어 있는 것을 들 수 있다. 이는 하기에 나타내는 열처리공정에 의하여 얻을 수 있다.Although the average particle diameter D50 of the aluminum nitride powder raw material is not specifically limited, Usually, it is about 1-200 micrometers, It is especially preferable to set it as 15-100 micrometers. Also, the shape of the particles constituting the aluminum nitride powder raw material is not limited, and for example, any shape such as a spherical shape, a flat shape, and an irregular shape may be used. However, since a pulverized product can be used, a powder composed of particles having an angular irregular shape can also be suitably used as a starting material. According to the manufacturing method of the present invention, for example, as shown in Fig. 1, even particles having a characteristic angular shape of the pulverized product (Fig. 1(a)) are changed to a relatively smooth shape with smooth corners (Fig. 1(a)). 1(b)). That is, one of the characteristics of the powder of the present invention is that it is composed of aluminum nitride-based particles having rounded corners. This can be obtained by the heat treatment process shown below.
열처리공정heat treatment process
열처리공정에서는, 상기와 같은 질화알루미늄 분말원료를 비산화성 분위기 하에서 1600∼2000℃로 열처리한다.In the heat treatment process, the aluminum nitride powder raw material as described above is heat-treated at 1600 to 2000° C. in a non-oxidizing atmosphere.
열처리온도는, 보통 1600∼2000℃ 정도로 하면 좋고, 특히 1650∼1950℃로 하는 것이 바람직하다. 이러한 온도로 열처리함으로써 더 큰 입자에 미세한 가루(특히 입경 5μm 이하의 미세입자)를 효과적으로 고착 또는 일체화시킬 수 있다. 동시에 모난 부정형상을 갖는 입자에 있어서, 그 모서리부가 없어져 둥그스름한 입자로 될 수 있다. 열처리 분위기는, 비산화성 분위기로 하면 좋고, 예를 들면 환원성 분위기, 불활성가스 분위기, 진공 하에서 등이 모두 좋다. 열처리시간은, 보통 0.5∼48시간의 범위 내에서 적절하게 설정할 수 있지만, 이에 한정되지 않는다.The heat treatment temperature is usually set at about 1600 to 2000°C, and particularly preferably 1650 to 1950°C. By heat-treating at such a temperature, it is possible to effectively fix or integrate fine powder (especially fine particles with a particle diameter of 5 μm or less) to larger particles. At the same time, in the case of a particle having an angular irregular shape, the corner portion thereof is lost and the particle may be rounded. The heat treatment atmosphere may be a non-oxidizing atmosphere, for example, a reducing atmosphere, an inert gas atmosphere, or under vacuum. The heat treatment time can be appropriately set, usually within the range of 0.5 to 48 hours, but is not limited thereto.
열처리공정을 실시한 후에, 필요에 따라 분급 등의 처리를 실시하여도 좋지만, 본 발명에서는 특히 분쇄공정을 하지 않는 것이 바람직하다. 분쇄공정에서 미세한 가루가 발생하기 때문에, 입도를 조정하기 위한 분쇄는 열처리공정 전에 하는 것이 바람직하다.After the heat treatment step, a treatment such as classification may be performed if necessary, but in the present invention, it is particularly preferable not to perform the pulverization step. Since fine powder is generated in the grinding process, it is preferable to perform grinding to adjust the particle size before the heat treatment process.
3. 본 발명의 분말을 포함하는 조성물3. Composition comprising the powder of the present invention
본 발명은, 본 발명의 분말 및 고분자재료를 포함하는 조성물(본 발명의 조성물)을 포함한다. 즉 고분자재료와 고열전도성 필러로서의 본 발명의 분말을 포함하는 고열전도 조성물도 본 발명에 포함된다.The present invention includes a composition (composition of the present invention) comprising the powder and polymer material of the present invention. That is, a high thermal conductivity composition comprising a polymer material and the powder of the present invention as a high thermal conductivity filler is also included in the present invention.
고분자재료로서는, 예를 들면 수지, 고무, 엘라스토머 등을 들 수 있다. 더 구체적으로는, 수지성분으로서 예를 들면 실리콘수지, 페놀수지, 우레아수지, 멜라민수지, 크실렌수지, 디알릴프탈레이트수지, 에폭시수지, 열경화성 폴리부타디엔, 퓨란수지, 우레탄수지, 알킬벤젠수지, 구아나민수지, 불포화 폴리에스테르수지, 포화 알키드수지(글리프탈수지, 불포화 알코올 변성 프탈산수지, 이소프탈산계 수지, 테레프탈산계 수지, 지방족 폴리에스테르수지, 폴리 카보네이트수지) 등을 들 수 있다. 고무로서는, 예를 들면 불소고무, 실리콘고무, 우레탄고무 등을 들 수 있다. 엘라스토머로서는, 예를 들면 스티렌계 엘라스토머, 폴리올레핀계 엘라스토머, 폴리염화비닐계 엘라스토머, 폴리우레탄계 엘라스토머, 폴리아미드계 엘라스토머 등을 들 수 있다. 이들 고분자재료는, 상온에서 액상이어도 좋고 고체이어도 좋다. 이들의 각 고분자재료 자체는 공지 또는 시판되는 것을 채용할 수 있다.Examples of the polymer material include resin, rubber, and elastomer. More specifically, as the resin component, for example, silicone resin, phenol resin, urea resin, melamine resin, xylene resin, diallyl phthalate resin, epoxy resin, thermosetting polybutadiene, furan resin, urethane resin, alkylbenzene resin, guanamine resins, unsaturated polyester resins, saturated alkyd resins (glyphthalic resins, unsaturated alcohol-modified phthalic acid resins, isophthalic acid-based resins, terephthalic acid-based resins, aliphatic polyester resins, polycarbonate resins) and the like. Examples of the rubber include fluororubber, silicone rubber, and urethane rubber. Examples of the elastomer include a styrene-based elastomer, a polyolefin-based elastomer, a polyvinyl chloride-based elastomer, a polyurethane-based elastomer, and a polyamide-based elastomer. These polymeric materials may be liquid or solid at room temperature. As each of these polymer materials itself, a known or commercially available one can be employed.
이들 중에서도 본 발명의 분말은, 실리콘수지 등의 실리콘계 고분자재료에 대한 충전재(필러)로서 적합하게 사용할 수 있다. 실리콘계 고분자재료에 대하여는, 더 높은 충전율을 가지고 본 발명의 분말을 배합할 수 있다.Among these, the powder of the present invention can be suitably used as a filler (filler) for a silicone-based polymer material such as a silicone resin. With respect to the silicone-based polymer material, the powder of the present invention can be blended with a higher filling rate.
또한 본 발명의 조성물에는, 본 발명의 효과를 방해하지 않는 범위에 있어서 본 발명의 분말 이외의 첨가제를 배합할 수도 있다. 예를 들면 본 발명의 분말 이외의 필러, 착색재, 산화방지제, 자외선흡수제, 가소제 등을 들 수 있다.Moreover, additives other than the powder of this invention can also be mix|blended with the composition of this invention in the range which does not impair the effect of this invention. For example, fillers other than the powder of the present invention, colorants, antioxidants, ultraviolet absorbers, plasticizers, and the like are mentioned.
이들 각종 재료에 본 발명의 분말을 함유시킴으로써, 열전도성 등이 우수한 수지조성물을 조제할 수 있다. 이 경우에 본 발명의 조성물 중에 있어서의 본 발명의 분말의 함유량은, 특별하게 한정되지 않지만, 보통 50부피％ 이상, 특히 60∼90부피％, 또한 80∼95부피％가 되는 고충전율의 조성물을 제조할 수 있다. 이러한 조성물(복합재료)은, 본 발명의 분말이 높은 충전율로 배합됨으로써 우수한 열전도성 또는 방열성을 발휘할 수 있다.By containing the powder of the present invention in these various materials, a resin composition excellent in thermal conductivity and the like can be prepared. In this case, the content of the powder of the present invention in the composition of the present invention is not particularly limited; can be manufactured. Such a composition (composite material) can exhibit excellent thermal conductivity or heat dissipation property by blending the powder of the present invention at a high filling rate.
본 발명의 분말과 고분자재료의 혼합은, 균일하게 혼합이 가능한 한 어느 방법을 채용하여도 좋다. 예를 들면 믹서(mixer), 니더(kneader) 등의 공지의 혼합기를 사용하여 혼합하면 좋다.Any method may be employed for mixing the powder of the present invention and the polymer material as long as it can be mixed uniformly. For example, what is necessary is just to mix using well-known mixers, such as a mixer (mixer) and a kneader (kneader).
이와 같이 하여 얻어진 본 발명의 조성물은, 또한 성형함으로써 성형체의 형태로 제공할 수도 있다. 성형방법은, 특별하게 한정되지 않고, 예를 들면 프레스성형, 압출성형, 사출성형 등의 공지의 성형방법을 채용할 수 있다.Thus, the obtained composition of this invention can also be provided in the form of a molded object by shape|molding. The molding method is not particularly limited, and, for example, known molding methods such as press molding, extrusion molding, and injection molding can be employed.
본 발명의 성형체에 있어서도, 특정한 질화알루미늄계 분말(필러)이 비교적 균일하게 분산되어 있기 때문에 높은 열전도성을 얻을 수 있다. 그 때문에, 예를 들면 방열용 재료 내지는 고열전도재료로서 각종 제품(전자기기, 자동차부품, 의료기기 등)에 폭넓게 사용할 수 있다. 특히 발열하는 부품을 탑재하는 기기의 구성부재로서 적합하게 사용할 수 있다. 이 경우에, 공지의 방열용 재료 또는 고열전도재료와 동일한 조건으로 사용함으로써 원하는 효과를 얻을 수 있다.Also in the molded article of the present invention, since the specific aluminum nitride-based powder (filler) is relatively uniformly dispersed, high thermal conductivity can be obtained. Therefore, for example, it can be widely used for various products (electronic devices, automobile parts, medical devices, etc.) as a material for heat dissipation or a high heat-conducting material. In particular, it can be suitably used as a constituent member of a device on which a component that generates heat is mounted. In this case, a desired effect can be obtained by using it under the same conditions as a known heat dissipation material or a high heat conductive material.
실시예Example
이하에 실시예 및 비교예를 나타내고, 본 발명의 특징을 더 구체적으로 설명한다. 다만 본 발명의 범위는 실시예에 한정되지 않는다.An Example and a comparative example are shown below, and the characteristic of this invention is demonstrated more concretely. However, the scope of the present invention is not limited to the examples.
실시예1Example 1
일본국 공개특허 특개2000-16805호 공보(특허문헌5)의 「실시예2」의 「No.8」에 기재되어 있는 방법으로 질화알루미늄을 얻은 후에, 조 크러셔(jaw crusher) 및 롤 크러셔(roll crusher)에 의하여 입경 약0.5mm의 질화알루미늄 분말을 조제하였다. 얻어진 분말을 알루미나제 모르타르(alumina製 mortar)에서 분쇄함에 있어서, 그 때의 입도를 확인하면서 분쇄를 진행시킴으로써 평균입경 D50 : 60μm의 분말을 얻었다. 이를 질화알루미늄 분말원료로서 사용하였다. 이 분말원료 500g을 카본용기에 넣고, 진공탈지 소결로(시마즈-메크템(shimadzu-mectem) 제품)로 질소분위기 중에서 1850℃로 24시간 열처리하였다. 냉각한 후에 상기 소결로로부터 질화알루미늄계 분말을 꺼내었다. 상기 질화알루미늄 분말원료는, a) 알칼리토류 금속원소 및 희토류 원소의 함유량이 0.0중량％이며, b) 산소 함유량이 0.1중량％이며, c) 규소 함유량이 348중량ppm이고, 철 함유량이 690중량ppm이었다.After obtaining aluminum nitride by the method described in "No. 8" of "Example 2" of Japanese Patent Laid-Open No. 2000-16805 (Patent Document 5), a jaw crusher and a roll crusher crusher) to prepare an aluminum nitride powder having a particle diameter of about 0.5 mm. When the obtained powder was pulverized with an alumina mortar, the pulverization was proceeded while checking the particle size at that time to obtain a powder having an average particle diameter of D50: 60 µm. This was used as an aluminum nitride powder raw material. 500 g of this powdery raw material was placed in a carbon container, and heat-treated at 1850° C. for 24 hours in a nitrogen atmosphere using a vacuum degreasing sintering furnace (manufactured by Shimadzu-mectem). After cooling, the aluminum nitride-based powder was taken out from the sintering furnace. The aluminum nitride powder raw material has a) an alkaline earth metal element and a rare earth element content of 0.0 wt%, b) an oxygen content of 0.1 wt%, c) a silicon content of 348 wtppm, and an iron content of 690 wt% ppm It was.
실시예2Example 2
평균입경 D50 : 200μm로 조정된 질화알루미늄 분말원료를 사용한 것 이외에는, 실시예1과 동일하게 하여 질화알루미늄계 분말을 얻었다. 상기 질화알루미늄 분말원료는, a) 알칼리토류 금속원소 및 희토류 원소의 함유량이 0.0중량％이며, b) 산소 함유량이 0.1중량％이며, c) 규소 함유량이 348중량ppm이고, 철 함유량이 690중량ppm이었다.An aluminum nitride-based powder was obtained in the same manner as in Example 1 except that an aluminum nitride powder raw material adjusted to an average particle diameter of D50: 200 μm was used. The aluminum nitride powder raw material has a) an alkaline earth metal element and a rare earth element content of 0.0 wt%, b) an oxygen content of 0.1 wt%, c) a silicon content of 348 wtppm, and an iron content of 690 wt% ppm It was.
실시예3Example 3
평균입경 D50 : 30μm로 조정된 질화알루미늄 분말원료를 사용한 것 이외에는, 실시예1과 동일하게 하여 질화알루미늄계 분말을 얻었다. 상기 질화알루미늄 분말원료는, a) 알칼리토류 금속원소 및 희토류 원소의 함유량이 0.0중량％이며, b) 산소 함유량이 0.1중량％이며, c) 규소 함유량이 348중량ppm이고, 철 함유량이 690중량ppm이었다.An aluminum nitride-based powder was obtained in the same manner as in Example 1, except that an aluminum nitride powder raw material adjusted to an average particle diameter D50: 30 μm was used. The aluminum nitride powder raw material includes a) an alkaline earth metal element and a rare earth element content of 0.0 wt%, b) an oxygen content of 0.1 wt%, c) a silicon content of 348 wtppm, and an iron content of 690 wt% ppm It was.
실시예4Example 4
열처리온도를 2000℃로 하고 열처리시간을 1시간으로 한 것 이외에는, 실시예1과 동일하게 하여 질화알루미늄계 분말을 얻었다.An aluminum nitride-based powder was obtained in the same manner as in Example 1, except that the heat treatment temperature was set to 2000° C. and the heat treatment time was set to 1 hour.
실시예5Example 5
열처리온도를 1600℃로 한 것 이외에는, 실시예1과 동일하게 하여 질화알루미늄계 분말을 얻었다.An aluminum nitride-based powder was obtained in the same manner as in Example 1, except that the heat treatment temperature was set to 1600°C.
실시예6Example 6
평균입경 D50 : 25μm로 조정된 질화알루미늄 분말원료를 사용하고, 열처리온도를 1710℃로 하고 열처리시간을 1시간으로 한 것 이외에는, 실시예1과 동일하게 하여 질화알루미늄계 분말을 얻었다. 상기 질화알루미늄 분말원료는, a) 알칼리토류 금속원소 및 희토류 원소의 함유량이 0.0중량％이며, b) 산소 함유량이 0.1중량％이며, c) 규소 함유량이 348중량ppm이고, 철 함유량이 690중량ppm이었다.An aluminum nitride powder was obtained in the same manner as in Example 1, except that an aluminum nitride powder raw material adjusted to an average particle diameter D50: 25 μm was used, the heat treatment temperature was set to 1710° C., and the heat treatment time was set to 1 hour. The aluminum nitride powder raw material includes a) an alkaline earth metal element and a rare earth element content of 0.0 wt%, b) an oxygen content of 0.1 wt%, c) a silicon content of 348 wtppm, and an iron content of 690 wt% ppm It was.
실시예7Example 7
평균입경 D50 : 15μm로 조정된 질화알루미늄 분말원료를 사용하고, 열처리온도를 1710℃로 하고 열처리시간을 1시간으로 한 것 이외에는, 실시예1과 동일하게 하여 질화알루미늄계 분말을 얻었다. 상기 질화알루미늄 분말원료는, a) 알칼리토류 금속원소 및 희토류 원소의 함유량이 0.0중량％이며, b) 산소 함유량이 0.1중량％이며, c) 규소 함유량이 348중량ppm이고, 철 함유량이 690중량ppm이었다.An aluminum nitride powder was obtained in the same manner as in Example 1 except that an aluminum nitride powder raw material adjusted to an average particle diameter D50: 15 μm was used, the heat treatment temperature was set to 1710° C., and the heat treatment time was set to 1 hour. The aluminum nitride powder raw material includes a) an alkaline earth metal element and a rare earth element content of 0.0 wt%, b) an oxygen content of 0.1 wt%, c) a silicon content of 348 wtppm, and an iron content of 690 wt% ppm It was.
비교예1Comparative Example 1
평균입경 D50 : 250μm로 조정된 질화알루미늄 분말원료를 사용한 것 이외에는, 실시예1과 동일하게 하여 질화알루미늄계 분말을 얻었다. 상기 질화알루미늄 분말원료는, a) 알칼리토류 금속원소 및 희토류 원소의 함유량이 0.0중량％이며, b) 산소 함유량이 0.1중량％이며, c) 규소 함유량이 348중량ppm이이고, 철 함유량이 690중량ppm이었다.An aluminum nitride-based powder was obtained in the same manner as in Example 1 except that an aluminum nitride powder raw material adjusted to an average particle diameter of D50: 250 μm was used. The aluminum nitride powder raw material contains a) an alkaline earth metal element and a rare earth element content of 0.0 wt%, b) an oxygen content of 0.1 wt%, c) a silicon content of 348 wtppm, and an iron content of 690 wt%. It was ppm.
비교예2Comparative Example 2
평균입경 D50 : 5μm로 조정된 질화알루미늄 분말원료를 사용하고, 열처리온도를 1710℃로 하고 열처리시간을 1시간으로 한 것 이외에는, 실시예1과 동일하게 하여 질화알루미늄계 분말을 얻었다.An aluminum nitride powder was obtained in the same manner as in Example 1 except that an aluminum nitride powder raw material adjusted to an average particle diameter D50: 5 μm was used, the heat treatment temperature was 1710° C., and the heat treatment time was 1 hour.
비교예3Comparative Example 3
열처리온도를 1500℃로 한 것 이외에는, 실시예1과 동일하게 하여 질화알루미늄계 분말을 얻었다.An aluminum nitride-based powder was obtained in the same manner as in Example 1, except that the heat treatment temperature was set to 1500°C.
비교예4Comparative Example 4
실시예1에 있어서의 평균입경 D50 : 60μm로 조정된 질화알루미늄 분말원료를 열처리하지 않고 그대로 평가에 사용하였다.The aluminum nitride powder raw material adjusted to the average particle diameter D50: 60 µm in Example 1 was used for evaluation as it was without heat treatment.
비교예5Comparative Example 5
평균입경 D50 : 5μm로 조정된 질화알루미늄 분말원료를 사용한 것 이외에는, 실시예1과 동일하게 하여 질화알루미늄계 분말을 얻었다. 상기 질화알루미늄 분말원료는, a) 알칼리토류 금속원소 및 희토류 원소의 함유량이 0.0중량％이며, b) 산소 함유량이 0.1중량％이며, c) 규소 함유량이 348중량ppm이고, 철 함유량이 690중량ppm이었다.An aluminum nitride-based powder was obtained in the same manner as in Example 1, except that an aluminum nitride powder raw material adjusted to an average particle diameter of D50: 5 μm was used. The aluminum nitride powder raw material includes a) an alkaline earth metal element and a rare earth element content of 0.0 wt%, b) an oxygen content of 0.1 wt%, c) a silicon content of 348 wtppm, and an iron content of 690 wt% ppm It was.
비교예6Comparative Example 6
질화알루미늄 분말원료로서 시판되는 질화알루미늄 분말(후루카와전자 주식회사(Furukawa電子 株式會社) 제품 「FAN-f80」, 평균입경 D50 : 80μm)을 사용하였다. 상기 질화알루미늄은, a) 알칼리토류 금속원소 및 희토류 원소의 함유량이 2.3중량％이며, b) 산소 함유량이 1.58중량％이며, c) 규소 함유량이 19중량ppm이고, 철 함유량이 19중량ppm이었다.As an aluminum nitride powder raw material, commercially available aluminum nitride powder (“FAN-f80” manufactured by Furukawa Electronics Co., Ltd., average particle diameter D50: 80 μm) was used. The aluminum nitride had a) content of alkaline earth metal elements and rare earth elements of 2.3 wt%, b) oxygen content of 1.58 wt%, c) silicon content of 19 wtppm, and iron content of 19 wtppm.
시험예1Test Example 1
각 실시예 및 비교예에서 얻어진 분말에 대하여, 하기에 나타내는 각 물성의 평가를 하였다. 그 결과를 표1에 나타낸다.The powder obtained in each Example and Comparative Example was evaluated for each physical property shown below. The results are shown in Table 1.
(1) 입도 D50(1) particle size D50
시료를 마이크로트랙-벨 주식회사(Microtrac-bell 株式會社) 제품의 레이저 회절·산란식 입자지름분포 측정장치 「Microtrac MT3300EXII」로 측정하였다. 헥사메타인산나트륨 6% 수용액을 분산제로서 사용하였다.The sample was measured with a laser diffraction/scattering particle size distribution measuring device "Microtrac MT3300EXII" manufactured by Microtrac-bell Corporation. A 6% aqueous solution of sodium hexametaphosphate was used as a dispersant.
(2) 조성·성분(2) Composition/ingredients
(2-1) 알칼리토류 금속원소 및 희토류 원소의 함유량(2-1) Contents of alkaline earth metal elements and rare earth elements
시료를 11% 수산화나트륨 수용액과 함께 가압용기 내에서 130℃로 2시간 가열함으로써 용해시켰다. 용해시킨 수용액을 석영 비이커로 회수하고, 20% 염산을 가하고 200℃의 핫플레이트(hot plate) 상에서 20분 가열하여 샘플용액을 조제하였다. 얻어진 샘플용액을 써모피셔 사이언티픽 주식회사(Thermo Fisher Scientific 株式會社) 제품 ICP발광 분광분석장치 「iCAP6500DuoView」로 분석하였다.The sample was dissolved by heating at 130 DEG C for 2 hours in a pressurized vessel together with an 11% aqueous sodium hydroxide solution. The dissolved aqueous solution was recovered in a quartz beaker, and 20% hydrochloric acid was added thereto and heated on a hot plate at 200° C. for 20 minutes to prepare a sample solution. The obtained sample solution was analyzed with an ICP emission spectrometer "iCAP6500DuoView" manufactured by Thermo Fisher Scientific.
(2-2) 산소 함유량(2-2) oxygen content
시료를 호리바 제작소(Horiba 製作所) 제품 산소·질소 분석장치 「EMGA-920」를 사용하여 분석하였다.The sample was analyzed using an oxygen/nitrogen analyzer "EMGA-920" manufactured by Horiba Corporation.
(2-3) 철 함유량(2-3) iron content
시료를 11% 수산화나트륨 수용액과 함께 가압용기 내에서 130℃로 2시간 가열함으로써 용해시켰다. 용해시킨 수용액을 석영 비이커로 회수하고, 20% 염산을 가하고 200℃의 핫플레이트 상에서 20분 가열하여 샘플용액을 조제하였다. 얻어진 샘플용액을 써모피셔 사이언티픽 주식회사 제품 ICP발광 분광분석장치 「iCAP6500DuoView」로 분석하였다.The sample was dissolved by heating at 130 DEG C for 2 hours in a pressurized vessel together with an 11% aqueous sodium hydroxide solution. The dissolved aqueous solution was recovered in a quartz beaker, and 20% hydrochloric acid was added thereto and heated on a hot plate at 200° C. for 20 minutes to prepare a sample solution. The obtained sample solution was analyzed with an ICP emission spectrometer "iCAP6500DuoView" manufactured by Thermo Fisher Scientific.
(2-4) 규소 함유량(2-4) Silicon content
시료를 11% 수산화나트륨 수용액과 함께 가압용기 내에서 130℃로 2시간 가열함으로써 용해시켰다. 용해시킨 수용액을 석영 비이커로 회수하고, 20% 염산을 가하고 200℃의 핫플레이트 상에서 20분 가열하여 샘플용액을 조제하였다. 얻어진 샘플용액을 써모피셔 사이언티픽 주식회사 제품 ICP발광 분광분석장치 「iCAP6500DuoView」로 분석하였다.The sample was dissolved by heating at 130 DEG C for 2 hours in a pressurized vessel together with an 11% aqueous sodium hydroxide solution. The dissolved aqueous solution was recovered in a quartz beaker, 20% hydrochloric acid was added, and heated on a hot plate at 200° C. for 20 minutes to prepare a sample solution. The obtained sample solution was analyzed with an ICP emission spectrometer "iCAP6500DuoView" manufactured by Thermo Fisher Scientific.
(2-5) 탄소 함유량(2-5) carbon content
시료를 호리바 제작소 제품 탄소·유황 분석장치 「EMIA-920V」를 사용하여 분석하였다.The sample was analyzed using the carbon-sulfur analyzer "EMIA-920V" manufactured by Horiba Corporation.
(3) 입자의 구성·구조(3) Composition and structure of particles
(3-1) 입경 5μm 이하의 개수비율(3-1) Ratio of the number of particles with a particle size of 5 μm or less
주사형 전자현미경에 의한 관찰에 의하여 입자지름을 계측하였다. 일본전자 주식회사 제품 「JSM-6510A」를 사용하여 배율 1000배로, 통계적으로 각 분말의 특성을 반영할 수 있는 100개의 입자를 관찰하였다.The particle diameter was measured by observation with a scanning electron microscope. Using "JSM-6510A" manufactured by Nippon Electronics Co., Ltd., 100 particles that can statistically reflect the properties of each powder were observed at a magnification of 1000 times.
(3-2) 고착입자수(3-2) Number of fixed particles
주사형 전자현미경에 의한 관찰에 의하여 1개의 기재입자에 고착된 입경 1μm 이하의 개수를 계측하였다. 일본전자 주식회사 제품 「JSM-6510A」를 사용하여 배율 100배로 관찰하고, 다음에 그 100배의 시야 내의 입자를 5000배로 관찰하였다. 대상입자의 가장 긴 지름부분(최장경)을 입자의 크기로서 계측하고, 평균입자지름 D50에 대하여 ±15%의 크기의 입자(입경이 5μm를 넘는 것)를 임의로 30개 선정하여, 기재입자표면(1개의 기재입자전체를 한 방향에서 관찰했을 때의 시야 내)에 존재하는 1μm 이하의 미세입자의 개수를 집계하고, 기재입자 30개에 고착하는 미세입자의 평균개수(기재입자 1개당에 고착되어 있는 미세입자의 개수)를 산출하였다.The number of objects of 1 micrometer or less of the particle diameter which adhered to one substrate particle by observation with a scanning electron microscope was measured. Using "JSM-6510A" manufactured by Nippon Electronics Co., Ltd., observation was made at a magnification of 100 times, and then particles within a field of view of 100 times were observed at a magnification of 5000. The longest diameter part (longest diameter) of the target particle is measured as the particle size, and 30 particles with a size of ±15% of the average particle diameter D50 (particle diameter exceeding 5 μm) are arbitrarily selected, and the substrate particle surface ( The number of fine particles of 1 μm or less existing in the field of view when one entire substrate particle is observed from one direction is counted, and the average number of fine particles adhering to 30 substrate particles (adhered to one substrate particle) The number of fine particles present) was calculated.
예를 들면 도2에 실시예1의 샘플의 고착입자수를 계측하는 모습을 나타낸다. 실시예1에서는, D50이 60μm이므로, ±15%의 크기의 입자는 입경 51∼69μm의 범위가 된다. 그 범위의 입경을 가지는 1개의 입자로서 최장경이 59μm인 입자를 선정하여, 그 시야면(視野面)에서 관찰되는 미세입자를 ○표시로 마킹하고, 그 개수를 계측한다. 그 결과, 그 시야면에 있어서 1개의 미세입자가 확인되고 있기 때문에, 이 기재입자에 고착된 미세입자의 수는 1개가 된다. 동일하게 하여 합계 30개의 기재입자에 대하여 미세입자의 고착수를 계측하고, 미세입자의 합계량을 30으로 나눔으로써 그 평균치를 구한다.For example, Fig. 2 shows a state in which the number of fixed particles in the sample of Example 1 is counted. In Example 1, since the D50 is 60 µm, the particles having a size of ±15% are in the range of a particle diameter of 51 to 69 µm. As one particle having a particle diameter within that range, a particle with the longest diameter of 59 μm is selected, and the fine particles observed from the viewing surface are marked with a mark of ○, and the number is counted. As a result, since one microparticle is confirmed in the viewing surface, the number of the microparticles adhering to this substrate particle becomes one. The average value is calculated|required by carrying out similarly, measuring the number of adhesion of a fine particle with respect to a total of 30 substrate particles, and dividing the total amount of a fine particle by 30.
비교를 위하여, 도3에 비교예4의 샘플의 고착입자수를 계측하는 모습을 나타낸다. 비교예4에서는 D50이 60μm이므로, ±15%의 크기의 입자는 입경 51∼69μm의 범위가 된다. 그 범위의 입경을 가지는 입자로서 최장경이 56μm인 입자를 선정하여, 그 시야면에서 관찰되는 미세입자를 ○표시로 마킹하고, 그 개수를 계측한다. 그 결과, 그 시야면에 109개의 미세입자가 확인되고 있다. 그리고 실시예1의 경우와 동일하게 하여 합계 30개의 기재입자에 대하여 미세입자의 고착수를 계측하고, 그 평균치를 구한다.For comparison, FIG. 3 shows a state in which the number of fixed particles of the sample of Comparative Example 4 is measured. In Comparative Example 4, since the D50 is 60 µm, the particles having a size of ±15% are in the range of a particle diameter of 51 to 69 µm. Particles with the longest diameter of 56 μm are selected as particles having a particle diameter within that range, and the fine particles observed in the field of view are marked with a mark, and the number is counted. As a result, 109 fine particles were confirmed on the viewing surface. And it carries out similarly to the case of Example 1, the number of adhesion of a fine particle is measured with respect to a total of 30 substrate particles, and the average value is calculated|required.
(4) BET 비표면적(4) BET specific surface area
시료를 마운테크 주식회사(Mountech 株式會社) 제품 「Mac Sorb HM model-1210」을 사용하여 측정하였다.The sample was measured using "Mac Sorb HM model-1210" manufactured by Mounttech Co., Ltd. (Mountech Corporation).
(5) 고분자재료에 대한 충전특성(5) Filling properties for polymer materials
(5-1) 충전율(5-1) filling factor
각 분말을, 시판되는 실리콘오일 「신에쓰 실리콘 KF-96-500cs」(신에츠화학공업 주식회사(Shin-Etsu化學工業 株式會社) 제품)와 혼합함에 있어서, 각 분말의 투입량을 늘리면서 그 혼합물이 일정한 점도가 될 때까지의 투입량을 조사하였다. 더 구체적으로는, 디지털 점도계 「DV-II+Pro」(브룩필즈사(Brookfields社) 제품) 50rpm(25℃)의 조건으로, 점도 45∼50Pa·s(25℃)를 기준점도로서 설정하였다. 투입량이 많은 분말일수록 충전성이 우수하다는 것을 나타낸다. 이 경우에, 표1 중에 있어서, 혼합물이 고화된 경우를 「고화」, 양자가 분리한 경우를 「분리」라고 표기하였다.When mixing each powder with a commercially available silicone oil "Shin-Etsu Silicone KF-96-500cs" (product of Shin-Etsu Chemical Industry Co., Ltd.) The input amount was investigated until More specifically, the digital viscometer "DV-II+Pro" (manufactured by Brookfields) was set at 50 rpm (25° C.) at a viscosity of 45 to 50 Pa·s (25° C.) as a reference viscosity. It indicates that the powder with a large input amount is excellent in filling properties. In this case, in Table 1, the case where the mixture was solidified was denoted as "solidification", and the case where both were separated was denoted as "separation".
(5-2) 혼합물의 점도(5-2) Viscosity of the mixture
a) 각 분말 32.6g을 칭량하고, 상기 (5-1)과 동일한 실리콘오일 9.7g과 혼합하였다. 교반기로 3분 혼합함으로써 점도평가용 시료를 조제하여, 50vol％의 평가시료로 하였다.a) 32.6 g of each powder was weighed and mixed with 9.7 g of the same silicone oil as in (5-1) above. A sample for viscosity evaluation was prepared by mixing with a stirrer for 3 minutes, and it was set as a 50 vol% evaluation sample.
b) 각 분말 47.2g을 칭량하고, 상기 (5-1)과 동일한 실리콘오일 9.4g과 혼합하였다. 교반기로 3분 혼합함으로써 점도평가용 시료를 조제하여, 60vol％의 평가시료로 하였다.b) 47.2 g of each powder was weighed and mixed with 9.4 g of the same silicone oil as in (5-1) above. A sample for viscosity evaluation was prepared by mixing with a stirrer for 3 minutes, and it was set as the evaluation sample of 60 vol%.
c) 상기 a) 및 b)의 점도평가용 시료 0.7ml를 시린지(syringe)로 계량하여 취하고, 상기 (5-1)과 동일한 디지털 점도계로 점도측정을 하였다. 점도는, 시료온도 25℃, 회전수 50rpm으로 측정하였다. 점도가 낮을수록 수지에 대한 충전성이 우수하다는 것을 나타낸다. 이 경우에, 표1 중에 있어서, 혼합물이 고화된 경우를 「고화」, 양자가 분리된 경우를 「분리」로 표기하였다.c) 0.7 ml of the sample for viscosity evaluation of a) and b) was weighed with a syringe, and the viscosity was measured with the same digital viscometer as in (5-1) above. The viscosity was measured at a sample temperature of 25°C and a rotation speed of 50 rpm. The lower the viscosity, the better the filling properties to the resin. In this case, in Table 1, the case where the mixture was solidified was denoted as “solidification” and the case in which both were separated was denoted as “separation”.
표1의 결과에서도 명백한 바와 같이, 비교예1∼5의 질화알루미늄계 분말은, 미세한 가루가 많기 때문에 고도의 충전특성이 얻어지지 않는다는 것을 알 수 있다. 특히 비교예4에 있어서도 입자에 고착된 입경 1μm 이하인 입자가 많다. 입경 1μm 이하의 입자는 필러로서 수지와 혼련할 때에 분리됨으로써, 점도의 상승을 야기시킨다. 비교예6의 시판품은, 충전특성에 대해서는 양호하지만, 알칼리토류 금속원소 및 희토류 원소의 함유량이 높게 이루어져 있다. 이에 비하여 각 실시예의 질화알루미늄계 분말은, 알칼리토류 금속원소 및 희토류 원소 등의 함유량이 낮고, 게다가 미세입자가 비교적 적으며, 또한 각 실시예에 있어서는, 기재입자에 고착된 입경 1μm 이하의 입자는 열처리 시의 물질확산에 의하여 입자 내로 받아들여지기 때문에(일체화되기 때문에) 고착된 미세입자수를 감소시킬 수 있는 결과, 고분자재료에 대한 충전특성(충전율)을 향상시킬 수 있다는 것을 알 수 있다.As is also apparent from the results in Table 1, it can be seen that the aluminum nitride-based powders of Comparative Examples 1 to 5 do not have high filling characteristics because they contain many fine powders. In particular, even in Comparative Example 4, there are many particles having a particle diameter of 1 μm or less that are adhered to the particles. Particles having a particle diameter of 1 µm or less are separated when kneaded with a resin as a filler, thereby causing an increase in viscosity. The commercial product of Comparative Example 6 had good filling characteristics, but had a high content of alkaline earth metal elements and rare earth elements. On the other hand, the aluminum nitride-based powder of each Example has a low content of alkaline earth metal elements and rare earth elements, and also has relatively few fine particles, and in each Example, particles with a particle diameter of 1 μm or less adhered to the substrate particles are It can be seen that the number of fixed fine particles can be reduced because they are incorporated into the particles by material diffusion during heat treatment (because they are integrated), and as a result, the filling characteristics (filling rate) of the polymer material can be improved.
Claims (9)
(1) 평균입경 D50이 15∼200μm이며,
(2) 입경 5μm 이하의 입자의 함유량이 개수 기준으로 60% 이하이며,
(3) 알칼리토류 금속원소 및 희토류 원소의 함유량이 0.1중량％ 이하이며,
(4) 산소 함유량이 0.2중량％ 이하이며,
(5) 규소 함유량이 1000중량ppm 이하이고, 철 함유량이 1000중량ppm 이하인
것을 특징으로 하는 질화알루미늄계 분말(窒化aluminium系 粉末).
As a powder consisting of aluminum nitride-based particles,
(1) The average particle diameter D50 is 15 to 200 μm,
(2) The content of particles with a particle diameter of 5 μm or less is 60% or less based on the number,
(3) the content of alkaline earth metal elements and rare earth elements is 0.1% by weight or less;
(4) the oxygen content is 0.2 % by weight or less,
(5) the silicon content is 1000 wt ppm or less, and the iron content is 1000 wt ppm or less
Aluminum nitride-based powder (窒化aluminium系粉末), characterized in that.
입경 5μm를 넘는 입자에 입경 5μm 이하의 미세입자(微細粒子)가 고착(固着)된 응집입자(凝集粒子)를 포함하는 질화알루미늄계 분말.
The method of claim 1,
An aluminum nitride-based powder comprising agglomerated particles in which fine particles having a particle diameter of 5 μm or less are adhered to particles having a particle diameter of more than 5 μm.
입경 5μm를 넘는 입자에 입경 1μm 이하의 미세입자가 고착된 응집입자를 포함하고, 입경 5μm를 넘는 입자의 편면(片面)에 고착되는 미세입자의 평균개수가 50개 이하인 질화알루미늄계 분말.
The method of claim 1,
An aluminum nitride-based powder with an average number of 50 or less, including aggregated particles in which fine particles having a particle diameter of 1 μm or less are fixed to particles having a particle diameter of more than 5 μm, and the average number of fine particles fixed to one side of a particle having a particle diameter of more than 5 μm.
탄소 함유량이 0.1중량％ 이하인 질화알루미늄계 분말.
The method of claim 1,
An aluminum nitride-based powder having a carbon content of 0.1% by weight or less.
BET 비표면적(BET 比表面積)이 0.08∼0.5m2/g인 질화알루미늄계 분말.
The method of claim 1,
An aluminum nitride powder having a BET specific surface area of 0.08 to 0.5 m 2 /g.
a) 알칼리토류 금속원소 및 희토류 원소의 함유량이 0.1중량％ 이하이며,
b) 산소 함유량이 0.5중량％ 이하이며,
c) 규소 함유량이 1000중량ppm 이하이고, 철 함유량이 1000중량ppm 이하인
질화알루미늄 분말원료를 비산화성 분위기 하에서 1600∼2000℃로 열처리하는 공정을 포함하고, 분리처리를 하지 않고 질화알루미늄계 분말을 얻는 것을 특징으로 하는
질화알루미늄계 분말의 제조방법.
A method for producing an aluminum nitride-based powder, comprising:
a) the content of alkaline earth metal elements and rare earth elements is 0.1% by weight or less,
b) the oxygen content is 0.5% by weight or less,
c) the silicon content is 1000 wt ppm or less and the iron content is 1000 wt ppm or less
Including a step of heat-treating the aluminum nitride powder raw material at 1600 to 2000 ° C in a non-oxidizing atmosphere, characterized in that the aluminum nitride-based powder is obtained without separation treatment
Method for producing aluminum nitride-based powder.
질화알루미늄 분말원료가 분쇄품(粉碎品)인 제조방법.
7. The method of claim 6,
A manufacturing method in which the aluminum nitride powder raw material is a pulverized product.
상기 공정에 앞서, 상기 질화알루미늄 분말원료를 조제하는 공정으로서, 알루미늄과 질소가스를 반응시켜서 얻어지는 반응물을 분쇄함으로써 질화알루미늄 분말원료를 얻는 공정을 더 포함하는 제조방법.
7. The method of claim 6,
Prior to the step, a step of preparing the aluminum nitride powder raw material, further comprising a step of obtaining an aluminum nitride powder raw material by pulverizing a reactant obtained by reacting aluminum with nitrogen gas.
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